通信网络/IP协议和ICMP
互联网协议 (IP) 是互联网层协议，包含OSI模型网络层中用于路由数据包的地址信息。
到目前为止，我们已经讨论了TDM（时分多路复用）技术，并且我们还讨论了给定网络中不同的数据包如何包含地址信息，这将帮助路由器沿途将数据移动到其目的地。此页面将讨论互联网最重要的部分之一：IP协议。
IP作为TCP/IP的组成部分，用于寻址和路由数据包。它提供了跨大型网络传输数据报的机制。更详细地说，IP的主要目的是处理与路由相关的所有功能，并为上层协议（例如传输层的TCP）提供网络接口。应用程序在该层使用此单个协议来执行任何需要网络访问的操作。
互联网协议本质上是使互联网区别于其他数字网络（例如ARPANET）的原因。IP协议为网络中的每台计算机分配一个唯一的地址，称为“IP地址”，这些IP地址用于将信息数据包从源路由到目的地。IP协议要求网络中的每个设备尽最大努力传输数据，但IP不保证数据将到达。如果您需要保证，则必须实现更高级别的协议（例如TCP）。
从OSI模型来看，IP协议是网络层协议。
IP地址与计算机内部也存在的“MAC地址”不同。IP地址是32位值，在给定本地网络中的计算机之间是唯一的。MAC地址是一个更大的数字，在全世界范围内是唯一的。但是，根据MAC地址路由数据包非常困难。
IP还指定了数据包在互联网上传输时必须具有的标头。此标头称为IP标头，将在下一章中讨论。
IP协议还规定每个IP数据包必须在数据包末尾附加一个错误检查代码。此错误检查代码称为“循环冗余校验”或CRC校验和，能够帮助接收计算机确定数据包在传输过程中是否存在任何位错误。CRC代码在检测错误方面比单个奇偶校验位强大得多，但CRC的计算可能很耗时。
IP地址是一组数字，用于识别在互联网的IP网络上从发送方到接收方发送的任何数据包。它是一个与接口关联的软件地址，32位信息作为分层地址结构来处理大量地址，分配给每台机器作为接口，用于设计在不同网络中的主机之间进行通信。点分十进制表示法通常用于易于理解的目的。
IP地址由两部分组成：网络地址和主机地址。网络地址用于识别每个网络，主机地址用于识别单个机器。
示例
人们可能会想知道连接到网络的当前机器的IP地址信息，我们可以使用ipconfig命令来找出
图6 ipconfig命令获取地址信息
事实证明，当前机器的IP地址为192.168.1.4。下图将显示与IP地址相对应的物理接口表示，并注意前16位表示网络地址，在自己的网络内将保持不变
图7 网络连接
根据网络大小，存在不同类别的网络，如下所示
图8 IP地址类别识别
请注意，每类设置开头的位由地址方案定义，不会使用。因此，每类的网络地址范围如下
但是，由于地址需求和短缺，存在保留用于特殊目的和私有网络集的IP地址。
IP首部是附加到数据包开头的大量信息字段。IP首部包含大量有关数据包的信息，包括源IP地址和目标IP地址。此外，IP首部（IPv6及更高版本）还包含有关源和目标终端的本地网络的信息。
每个IP标头包含与从上层发送的数据相关的信息，用于识别目标，如下所示
图4：IP数据包
这是在Ethereal上捕获的IP数据包的快照
图5：从Ethereal捕获的IP数据包
请注意上面捕获的协议字段中，它指示TCP。由于标头没有任何下一层的协议信息，因此它只是指示IP将段传递给传输层的TCP。所有其他字段都对应于上面的描述。
CRC校验和是附加到互联网IP数据包末尾的16位数据项。CRC包含一个数字，接收方通过特定的算法运行该数字，然后可以确定数据包是否正确或是否存在错误。
本节将简要介绍模2运算
互联网控制报文协议用于在网络层之间主机、路由器和网关之间传递与网络操作相关的信息。
主要有以下四个功能：
- 当网络不可达时，发出网络错误通知。
- 当路由器由于过多的数据包传输而缓冲区溢出时，发出网络拥塞通知。
- 辅助故障排除，当数据包通过网络发送时，计算丢失率和往返时间。
- 当IP数据包的TTL下降到零时发出超时通知，此时数据包将被丢弃。
请注意，ICMP数据包是在IP层构建的，因此不保证交付。
ICMP，即**互联网控制报文协议**，是IP协议的对应协议，允许在网络上发送控制消息。
 | Unix和Windows中的**Ping**命令使用ICMP。 |
子网用于将具有相同网络地址的IP地址的同一网络中的计算机分组。子网是解决地址短缺和帮助利用网络中地址分配的解决方案之一。引入子网掩码是为了将网络划分为子网，以便提供分层路由架构。
示例
子网：180.28.30.1-128
子网掩码：255.255.255.128
引入斜线表示法来标识打开的位数。当互联网服务提供商（ISP）向用户分配地址时，这些地址将采用斜线表示法。
示例
除了分组计算机的优点外，子网还有一些好处：
- 减少网络流量
- 提高网络性能
- 简化管理
无类别域间路由 (CIDR)，也称为超级网，是解决地址短缺的另一种方案。基本思想与子网相同。唯一不同的是主机地址占据网络地址的位，这有助于避免地址浪费。
示例
互联网协议 (IP) 负责在7层OSI模型的网络层（第3层）中对数据包进行寻址和路由。消息在此层中逐跳传输，并且每个节点的接口都有一个唯一的IP地址，用于在网络中进行识别。它允许数据报跨越大型网络传输。
互联网控制报文协议 (ICMP) 是一种在网络中发送错误消息或执行网络诊断的方法。利用ICMP的两个最常见的工具是Traceroute和Ping。
问题
- C类私有IP地址空间是什么？
- IP地址为172.16.170.0/22的主机的子网号是多少？
- IP地址为192.168.111.88/26的主机的子网号是多少？
- 192.16.0.0/19的网络地址提供多少个子网和主机？
- 您有一个B类网络ID，每个子网需要大约450个IP地址。此网络的最佳掩码是什么？
- 您的路由器在以太网上具有以下IP地址：172.16.112.1/20。以太网段上可以容纳多少个主机？
- 如果一家公司因其网络故障而寻求技术支持，执行IP地址故障排除的四个基本步骤是什么？
- 如果路由器上的以太网端口分配的IP地址为172.16.112.1/25，则此主机的有效子网地址是什么？
- （T/F）ICMP消息封装在IP数据报中。
- （T/F）Ping程序使用“TTL”字段检测目标主机是否存活。
答案
- 192.168.0.0 – 192.168.255.255
- 172.16.168.0
- 192.168.111.64
- 8个子网，每个子网8190个主机
- 255.255.254.0
- 4094
- （a）Ping 127.0.0.1。（b）Ping本地主机IP地址。（c）Ping默认网关。（d）Ping远程服务器。
- 172.16.112.0
- 正确
- 错误 - Ping等待目标发送“回显响应”数据包。