3、IP：网际协议

引言

IP提供不可靠、无连接的数据报传送服务。

不可靠（unreliable）的意思是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。IP仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时，如某个路由器暂时用完了缓冲区，IP有一个简单的错误处理算法：丢弃该数据报，然后发送ICMP消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供（如TCP）。

无连接（connectionless）这个术语的意思是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的。这也说明，IP数据报可以不按发送顺序接收。如果一信源向相同的信宿发送两个连续的数据报（先是A，然后是B），每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的路线，因此 B可能在A到达之前先到达。

IP首部

首部从左到右一共32bit，0bit为最高位，31bit为最低位，在传输时，从高到低传输（0-7 bit、8-15 bit、16-23 bit、24-31 bit），亦即网络字节序（big endian大端字节序）。

版本：IPv4

首部长度：指的是有多少个32 bit，占位4个bit表示IP首部最多(2^4 - 1) * 4 = 60 bytes。当然了，一般只会用到20 bytes，即长度为5。

8位服务类型：123|4567|8，前3 bit为优先权字段（现已忽略）最后1 bit无意义置0。中间4 bit的TOS分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4 bit中只能置其中1 bit。如果所有4 bit均为0，那么就意味着是一般服务。

16位总长度：整个IP数据表的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道 I P数据报中数据内容的起始位置和长度。总长度字段是 IP首部中必要的内容，因为一些数据链路（如以太网）需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为46字节，但是IP数据可能会更短。如果没有总长度字段，那么IP层就不知道46字节中有多少是IP数据报的内容。

标识字段：唯一地标识主机发送的每一份数据报。在IP分片时，同一份数据报的不同分片此字段一致。
IP分片：数据报大于MTU时，会分片。分片后，三位标志字段中某一bit会被置1（除了最后一片外），表示“分片了，还有多片”。标志字段中有一个比特称作“不分片”位。如果将这一比特置 1，IP将不对数据报进行分片。相反把数据报丢弃并发送一个ICMP差错报文（“需要进行分片但设置了不分片比特”）给起始端。

• 注意，分片后，上层协议的首部只存在于第一个分片中，因此tcpdump捕获的包信息，只有第一片会打印端口号。

TTL（time-to-live）生存时间字段：数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置（通常为32或64），一旦经过一个处理它的路由器，它的值就减去 1。当该字段的值为0时，数据报就被丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。

8位协议：用来区分数据报解包后的下一协议（TCP UDP ICMP IGMP）

校验和：只使用首部，不使用数据计算。为了计算一份数据报的IP检验和，首先把检验和字段置为0。然后，对首部中每个16 bit进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串16 bit的字组成），结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1（即检验和错误），那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。

IP路由选择

在一般的体制中，IP可以从TCP、UDP、ICMP和IGMP接收数据报（即在本地生成的数据报）并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报（待转发的数据报）并进行发送。

IP层有一个路由表在内存中，接收到数据报并进行发送时都要搜索路由表一次。
①数据报来自网络接口时，首先检查目的IP地址是否为本机的IP地址之一或者IP广播地址，是的话就数据报就被送到由IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理
②否则：如果IP层被设置为路由器的功能，那么就对数据报进行转发（也就是说，像下面对待发出的数据报一样处理）、否则数据报被丢弃。

路由表每一项包含以下信息：
①目的IP地址：可以是一个主机地址或者一个网络地址，由③中的标志字段指定。主机地址会有一个非0主机号、而网络地址主机号为0，以指定网络中所有主机。
②下一跳IP地址
③标志：一个标志表示目的IP地址是主机地址还是网络地址，另一个标志表示下一跳路由器是否为真正的下一站路由器还是直连的接口。
④为数据报传输指定一个网络接口

IP路由选择完成一下功能：
①搜索路由表，寻找能完全匹配目的IP的表项，若找到了，发送给对应的下一跳
②搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目，若找到了，发送给对应的下一跳
③搜索路由表，寻找标为“默认（ default）”的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。
若上述步骤都没成功，则会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或“网络不可达”的错误。

子网寻址

在网络号+主机号的基础上吧主机号分为子网号+主机号。大多数的子网例子都是B类地址
子网划分缩减了路由表的规模。

子网掩码

这个掩码是一个 32 bit的值，其中值为 1的比特留给网络号和子网号，为0的比特留给主机号。

特殊情况的IP地址

相关命令

ifconfig、netstat