什么是互联网协议 (IP)？网络通讯指南

您是否想知道您的设备如何连接到互联网？每次您浏览网页、发送电子邮件或流式传输视频时，您的设备都会使用互联网协议 (IP) 与其他设备进行通信。互联网协议是一组管理数据如何在网络上传输的规则，允许设备通过互联网查找彼此并进行通信。

IP 在幕后工作，将信息分解成称为数据包的小包。这些数据包从您的设备通过各种网络路径传输，直到到达目的地。互联网上的每个设备都有一个唯一的 IP 地址，其作用类似于数字家庭地址，帮助数据包找到目的地。

如果没有互联网协议，我们所知的互联网就不会存在。它构成了基础在线交流，连接全球数十亿设备。无论您使用的是智能手机、笔记本电脑还是智能电视，它们都依赖 IP 在全球网络上发送和接收信息。

要点

• 互联网协议提供了允许设备通过网络进行通信的寻址系统和路由规则。
• 每个连接的设备都有一个唯一的 IP 地址，用于在互联网上识别它并帮助引导数据包。
• IP 在后台默默工作，确保您的在线活动（如浏览、流媒体和下载）正常运行。

互联网协议构成了所有网络的支柱互联网通讯，为设备通过网络相互查找和通信提供标准化方式。这个基本系统包括寻址方案，数据传输协同工作以在全球互联网上可靠地传输信息的方法和协议。

定义互联网协议 (IP)

互联网协议 (IP) 是管理数据如何通过网络从一个设备发送到另一个设备的主要规则集。它通过定义计算机如何寻址和路由信息来充当互联网的基础。 IP 在 Internet 协议簇的网络层运行，通常称为 TCP/IP 模型。

IP 的主要工作是根据源设备的数据包将数据包传送到目的设备。IP地址。将 IP 视为互联网的邮政服务 — 它确保数据通过遵循特定的寻址和路由规则从一个位置到达另一个位置。

IP 是无连接的，这意味着它在发送数据之前不建立专用路径。每个数据包都被独立处理，并且可能采取不同的路线到达同一目的地。

IP 地址的工作原理

IP 地址的功能类似于唯一的数字标识符，允许设备在网络上找到彼此。每台连接到互联网的设备都会收到一个 IP 地址，其作用类似于家庭地址，它准确地告诉其他设备将数据发送到哪里。

当您浏览网站时，您的设备会发送包含您的 IP 地址（源）和网站服务器的 IP 地址（目标）的数据包。沿途的路由器读取这些地址以沿正确的方向转发数据包。

IP 地址由一系列用句点 (IPv4) 或冒号 (IPv6) 分隔的数字组成。它们包含网络信息和主机信息：

• 网络部分：标识设备属于哪个网络
• 主机部分：标识该网络上的特定设备

子网掩码有助于确定 IP 地址的哪一部分涉及网络，哪一部分标识设备。

IP 地址类型：IPv4 和 IPv6

IPv4（互联网协议版本 4）:

• 使用以句点分隔的四个数字形式书写的 32 位地址（例如 192.168.1.1）
• 提供约 43 亿个唯一地址
• 广泛部署并仍然主导互联网流量
• 面孔解决了由于连接设备数量不断增加而导致的资源耗尽问题

IPv6（互联网协议版本 6）:

• 使用以冒号分隔的八组十六进制数字形式编写的 128 位地址（例如，2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）
• 提供大约 340 个十一亿地址的巨大池
• 提供更高的安全性和网络路由效率
• 包括简化网络管理的自动配置功能

两个版本可以通过双栈实现、隧道和转换技术等各种转换机制在网络上共存。

传输控制协议 (TCP) 和用户数据报协议 (UDP)

TCP 和 UDP 是传输层协议，与 IP 一起工作来处理不同类型的数据传输需求。

传输控制协议 (TCP):

• 面向连接的协议，在数据传输之前建立可靠的连接
• 通过确认和序列号验证交付
• 如果数据丢失，则执行错误检查和数据包重传
• 维护数据包顺序，以便数据按正确的顺序到达
• 非常适合需要可靠数据传输的应用程序，例如网页浏览、电子邮件和文件传输

用户数据报协议 (UDP):

• 无连接协议，无需建立正式连接
• 发送数据报（数据包），但不保证传送或检查错误
• 不维护数据包顺序或连接状态
• 由于开销较低且无确认要求，因此比 TCP 更快
• 最适合速度比完美可靠性更重要的应用，例如视频流、在线游戏和 VoIP 呼叫

TCP 和 UDP 之间的选择取决于应用程序是否优先考虑可靠性或速度。

网络运营中的IP

IP 在日常网络运营中发挥着至关重要的作用，是各种规模网络中数据路由、地址管理和安全实施的骨干。

路由和地址解析

路由是在网络之间移动数据包的过程，以 IP 地址作为路线图。路由器检查每个数据包中的目标 IP 地址并确定最佳路径转发基于路由表。这些表是通过维护的路由协议例如 OSPF 和 BGP。

地址解析协议 (ARP) 与 IP 一起工作，将 IP 地址映射到本地网络上的物理 MAC 地址。当一台设备需要与同一网络上的另一台设备通信时，它会发送 ARP 请求来查找目标的 MAC 地址。

DHCP（动态主机配置协议）可自动在网络内分配 IP 地址。 DHCP 服务器无需手动配置每个设备，而是在设备连接到网络时动态地向设备提供 IP 地址、子网掩码和网关信息。

网络地址转换 (NAT) 和端口地址转换 (PAT)

NAT 允许多个设备共享一个公共 IP 地址。这项技术对于保护日益稀缺的 IPv4 地址至关重要。当设备向互联网发送数据时，NAT 将私有源 IP 地址更改为公共 IP 地址。

PAT 还通过跟踪端口号来扩展 NAT。这允许众多内部设备共享一个公共 IP 地址。路由器保留一个将内部 IP 组合与外部连接相匹配的转换表。

NAT 通过向外部观察者隐藏内部网络结构来提供基本的安全层。如果没有明确的端口转发规则，互联网上的设备无法直接访问内部私有 IP 地址。

互联网协议安全

IPsec 是一套协议，旨在通过身份验证和加密来保护 IP 通信的安全。它在网络层运行，保护跨网络传输的数据。

IPsec 使用两个主要协议：用于数据完整性和身份验证的身份验证标头 (AH)，以及用于加密和机密数据传输的封装安全有效负载 (ESP)。它们可以在传输模式（仅保护有效负载）或隧道模式（加密整个数据包）下运行。

虚拟专用网络 (VPN) 经常使用 IPsec 在公共网络上创建安全连接。这使得远程工作人员能够安全地访问公司资源，同时确保数据在传输过程中保持加密状态。

常见问题解答

互联网协议 (IP) 构成了互联网通信的基础。它处理全球网络上的寻址、路由和数据传输。

当今使用的互联网协议有哪些不同类型？

目前存在两个主要的 IP 版本：IPv4 和 IPv6。

IPv4 使用 32 位地址，尽管其地址空间有限（约 43 亿个地址），但仍然得到广泛使用。

IPv6 使用 128 位地址，提供大量唯一地址（340 个十亿）。这解决了IPv4地址短缺的问题。

与 IP 配合使用的其他重要协议包括处理错误报告的 ICMP（互联网控制消息协议）和用于多播组成员身份的 IGMP（互联网组管理协议）。

IP 地址和子网掩码如何工作，例如“192.168.1.1/24”？

IP地址es 识别网络上的设备。斜杠后面的数字称为子网掩码。

在“192.168.1.1/24”中，/24 表示地址的前 24 位标识网络，而其余 8 位标识特定设备。

这种安排有助于有效地组织网络。子网掩码（如 /24）将 IP 地址分为网络部分和主机部分。

可以使用子网划分将大型网络分成更小的子网，从而使网络管理更轻松、更高效。

网络通信中IP和TCP是什么关系？

IP 和 TCP 作为 TCP/IP 模型的一部分一起工作，但具有不同的功能。

IP 处理网络中数据包的寻址和路由。它负责将数据从一台设备传输到另一台设备。

TCP（传输控制协议）确保可靠、有序的数据传输。它将数据分解成数据包，跟踪它们的传递，并以正确的顺序重新组装它们。

这种伙伴关系通常称为“TCP/IP”，构成了互联网通信的基础。在网络模型中，TCP 工作在比 IP 更高的层。

如何确定其设备的 IP 地址？

在 Windows 上，打开命令提示符并键入ipconfig查看您的 IP 地址。

在 Mac 或 Linux 上，打开终端并输入ifconfig或者ip addr显示网络信息。

移动设备在其网络中显示 IP 地址网络设置。在 iPhone 上，前往“设置”>“Wi-Fi”> 点击网络名称。在 Android 上，转到“设置”>“网络和互联网”>“Wi-Fi”> 点击网络名称。

“whatismyip.com”等在线服务可以显示您的公共 IP 地址，这是网站在您连接到网站时看到的地址。

互联网协议应用程序的一些常见现实示例是什么？

电子邮件依靠 IP 在服务器之间路由消息并将消息发送到您的设备。每个邮件服务器都有一个用于发送和接收邮件的 IP 地址。

视频流服务使用 IP 向用户传送内容。 IP 可实现视频数据包从服务器到您设备的高效路由。

IP 语音 (VoIP) 应用程序（例如 Skype 和 Zoom）使用 IP 通过互联网而不是传统的电话线传输语音和视频通话。

在线游戏依靠 IP 在玩家和游戏服务器之间实现快速、可靠的连接，从而实现全球范围内的实时交互。

您能解释一下互联网协议图所表示的结构吗？

互联网协议图通常显示网络通信的分层结构。

该图将 IP 置于互联网层，位于网络接口层之上、传输层 (TCP/UDP) 之下。

发送信息时，数据流经这些层。该过程在传输之前在每一层添加标头。

接收数据时，信息逐层向上流动。每层剥离其相应的标头并将数据传递到上面的层。