tcp/ip学习之10: IP协议格式

IP协议

IP（Internet Protocol，互联网协议）是 TCP/IP 协议栈中 网络层（Layer 3）的核心协议。它负责在不同网络之间传输数据包，并提供基本的路由功能。

TCP/IP 协议栈层次结构

TCP/IP 协议栈通常分为以下四个层次：

1. 应用层（Application Layer）
   • 功能：提供应用程序之间的通信服务。
   • 常见协议：HTTP、HTTPS、FTP、SMTP、DNS、Telnet 等。
2. 传输层（Transport Layer）
   • 功能：提供端到端的通信服务，确保数据的可靠传输。
   • 常见协议：TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）。
3. 网络层（Internet Layer）
   • 功能：负责数据包的路由和转发，确保数据包能够在不同网络之间传输。
   • 核心协议：IP（互联网协议）、ICMP（互联网控制消息协议）、IGMP（互联网组管理协议）等。
4. 链路层（Link Layer）
   • 功能：负责在物理介质上传输数据帧，提供物理层的接口。
   • 常见协议：以太网（Ethernet）、Wi-Fi、PPP（点对点协议）等。

IP 协议的作用

IP 协议是网络层的核心协议，主要功能包括：

1. 数据包的封装：
   • IP 协议将上层协议（如 TCP 或 UDP）的数据封装成 IP 数据包（也称为 IP 数据报）。
   • 每个 IP 数据包包含一个 IP 头部和数据负载。
2. 路由和转发：
   • IP 协议负责将数据包从源主机传输到目标主机，即使它们位于不同的网络中。
   • 路由器使用 IP 地址来确定数据包的传输路径。
3. 分片和重组：
   • 如果数据包过大，IP 协议会将其分割成多个较小的片段（分片），并在目标主机处重新组装。
4. 提供无连接服务：
   • IP 协议提供无连接的服务，即它不保证数据包的可靠传输，也不维护连接状态。
   • 可靠性由上层协议（如 TCP）来保证。

IP 数据包格式

IP 数据包由 IP 头部和数据负载组成。IP 头部的格式如下：

字段	长度（字节）	说明
版本	4 位	IP 协议版本（IPv4 或 IPv6）
头部长度	4 位	IP 头部的长度（以 32 位字为单位）
服务类型	8 位	服务质量（QoS）相关参数
总长度	16 位	IP 数据包的总长度（包括头部和数据）
标识	16 位	用于分片和重组的标识符
标志	3 位	控制分片的标志位
片偏移	13 位	分片的偏移量
生存时间（TTL）	8 位	数据包的生存时间（跳数）
协议	8 位	上层协议类型（如 TCP、UDP、ICMP 等）
校验和	16 位	IP 头部的校验和
源 IP 地址	32 位	发送方的 IP 地址
目的 IP 地址	32 位	接收方的 IP 地址
选项（可选）	可变	用于扩展功能的选项字段

IPv4 和 IPv6

IP 协议有两个主要版本：

• IPv4：32 位地址空间，支持约 43 亿个地址。
• IPv6：128 位地址空间，支持数量巨大的地址，解决了 IPv4 地址不足的问题。

总结

IP 协议是 TCP/IP 协议栈中网络层的核心协议，负责数据包的封装、路由和转发。它提供无连接的服务，确保数据包能够在不同网络之间传输。IP 协议是现代互联网的基础，使得全球范围内的设备能够相互通信。

在上个章节中分析ICMP协议的请求和响应时，已对IP协议作过分析，接下来不做过多的分析了。