通訊網路/IP協議和ICMP
網際網路協議 (IP) 是網際網路層協議，包含OSI模型網路層中用於路由資料包的地址資訊。
到目前為止，我們已經討論了TDM（時分多路複用）技術，並且我們還討論了給定網路中不同的資料包如何包含地址資訊，這將幫助路由器沿途將資料移動到其目的地。此頁面將討論網際網路最重要的部分之一：IP協議。
IP作為TCP/IP的組成部分，用於定址和路由資料包。它提供了跨大型網路傳輸資料報的機制。更詳細地說，IP的主要目的是處理與路由相關的所有功能，併為上層協議（例如傳輸層的TCP）提供網路介面。應用程式在該層使用此單個協議來執行任何需要網路訪問的操作。
網際網路協議本質上是使網際網路區別於其他數字網路（例如ARPANET）的原因。IP協議為網路中的每臺計算機分配一個唯一的地址，稱為“IP地址”，這些IP地址用於將資訊資料包從源路由到目的地。IP協議要求網路中的每個裝置盡最大努力傳輸資料，但IP不保證資料將到達。如果您需要保證，則必須實現更高級別的協議（例如TCP）。
從OSI模型來看，IP協議是網路層協議。
IP地址與計算機內部也存在的“MAC地址”不同。IP地址是32位值，在給定本地網路中的計算機之間是唯一的。MAC地址是一個更大的數字，在全世界範圍內是唯一的。但是，根據MAC地址路由資料包非常困難。
IP還指定了資料包在網際網路上傳輸時必須具有的標頭。此標頭稱為IP標頭，將在下一章中討論。
IP協議還規定每個IP資料包必須在資料包末尾附加一個錯誤檢查程式碼。此錯誤檢查程式碼稱為“迴圈冗餘校驗”或CRC校驗和，能夠幫助接收計算機確定資料包在傳輸過程中是否存在任何位錯誤。CRC程式碼在檢測錯誤方面比單個奇偶校驗位強大得多，但CRC的計算可能很耗時。
IP地址是一組數字，用於識別在網際網路的IP網路上從傳送方到接收方傳送的任何資料包。它是一個與介面關聯的軟體地址，32位資訊作為分層地址結構來處理大量地址，分配給每臺機器作為介面，用於設計在不同網路中的主機之間進行通訊。點分十進位制表示法通常用於易於理解的目的。
IP地址由兩部分組成：網路地址和主機地址。網路地址用於識別每個網路，主機地址用於識別單個機器。
示例
人們可能會想知道連線到網路的當前機器的IP地址資訊，我們可以使用ipconfig命令來找出
圖6 ipconfig命令獲取地址資訊
事實證明，當前機器的IP地址為192.168.1.4。下圖將顯示與IP地址相對應的物理介面表示，並注意前16位表示網路地址，在自己的網路內將保持不變
圖7 網路連線
根據網路大小，存在不同類別的網路，如下所示
圖8 IP地址類別識別
請注意，每類設定開頭的位由地址方案定義，不會使用。因此，每類的網路地址範圍如下
但是，由於地址需求和短缺，存在保留用於特殊目的和私有網路集的IP地址。
IP首部是附加到資料包開頭的大量資訊欄位。IP首部包含大量有關資料包的資訊，包括源IP地址和目標IP地址。此外，IP首部（IPv6及更高版本）還包含有關源和目標終端的本地網路的資訊。
每個IP標頭包含與從上層傳送的資料相關的資訊，用於識別目標，如下所示
圖4：IP資料包
這是在Ethereal上捕獲的IP資料包的快照
圖5：從Ethereal捕獲的IP資料包
請注意上面捕獲的協議欄位中，它指示TCP。由於標頭沒有任何下一層的協議資訊，因此它只是指示IP將段傳遞給傳輸層的TCP。所有其他欄位都對應於上面的描述。
CRC校驗和是附加到網際網路IP資料包末尾的16位資料項。CRC包含一個數字，接收方透過特定的演算法執行該數字，然後可以確定資料包是否正確或是否存在錯誤。
本節將簡要介紹模2運算
網際網路控制報文協議用於在網路層之間主機、路由器和閘道器之間傳遞與網路操作相關的資訊。
主要有以下四個功能：
- 當網路不可達時，發出網路錯誤通知。
- 當路由器由於過多的資料包傳輸而緩衝區溢位時，發出網路擁塞通知。
- 輔助故障排除，當資料包透過網路傳送時，計算丟失率和往返時間。
- 當IP資料包的TTL下降到零時發出超時通知，此時資料包將被丟棄。
請注意，ICMP資料包是在IP層構建的，因此不保證交付。
ICMP，即**網際網路控制報文協議**，是IP協議的對應協議，允許在網路上傳送控制訊息。
 | Unix和Windows中的**Ping**命令使用ICMP。 |
子網用於將具有相同網路地址的IP地址的同一網路中的計算機分組。子網是解決地址短缺和幫助利用網路中地址分配的解決方案之一。引入子網掩碼是為了將網路劃分為子網，以便提供分層路由架構。
示例
子網：180.28.30.1-128
子網掩碼：255.255.255.128
引入斜線表示法來標識開啟的位數。當網際網路服務提供商（ISP）向用戶分配地址時，這些地址將採用斜線表示法。
示例
除了分組計算機的優點外，子網還有一些好處：
- 減少網路流量
- 提高網路效能
- 簡化管理
無類別域間路由 (CIDR)，也稱為超級網，是解決地址短缺的另一種方案。基本思想與子網相同。唯一不同的是主機地址佔據網路地址的位，這有助於避免地址浪費。
示例
網際網路協議 (IP) 負責在7層OSI模型的網路層（第3層）中對資料包進行定址和路由。訊息在此層中逐跳傳輸，並且每個節點的介面都有一個唯一的IP地址，用於在網路中進行識別。它允許資料報跨越大型網路傳輸。
網際網路控制報文協議 (ICMP) 是一種在網路中傳送錯誤訊息或執行網路診斷的方法。利用ICMP的兩個最常見的工具是Traceroute和Ping。
問題
- C類私有IP地址空間是什麼？
- IP地址為172.16.170.0/22的主機的子網號是多少？
- IP地址為192.168.111.88/26的主機的子網號是多少？
- 192.16.0.0/19的網路地址提供多少個子網和主機？
- 您有一個B類網路ID，每個子網需要大約450個IP地址。此網路的最佳掩碼是什麼？
- 您的路由器在乙太網上具有以下IP地址：172.16.112.1/20。乙太網段上可以容納多少個主機？
- 如果一家公司因其網路故障而尋求技術支援，執行IP地址故障排除的四個基本步驟是什麼？
- 如果路由器上的乙太網埠分配的IP地址為172.16.112.1/25，則此主機的有效子網地址是什麼？
- （T/F）ICMP訊息封裝在IP資料報中。
- （T/F）Ping程式使用“TTL”欄位檢測目標主機是否存活。
答案
- 192.168.0.0 – 192.168.255.255
- 172.16.168.0
- 192.168.111.64
- 8個子網，每個子網8190個主機
- 255.255.254.0
- 4094
- （a）Ping 127.0.0.1。（b）Ping本地主機IP地址。（c）Ping預設閘道器。（d）Ping遠端伺服器。
- 172.16.112.0
- 正確
- 錯誤 - Ping等待目標傳送“回顯響應”資料包。