TCP-IP详解卷1-03：IP：网际协议(Internet Protocol)

TCP-IP详解卷1-03：IP：网际协议(Internet Protocol)

一：IP特点：提供不可靠、无连接的数据报传送服务

1：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）。

2：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。

二：IP组成（普通IP首部长度20个字节）

版本(4Bit)+首部长度(4Bit)+服务类型(8Bit)+总长度字节数(16Bit)+标识(16Bit)+标志(3Bit)+片偏移(13Bit)+生存时间(8Bit)+协议(8Bit)+首部校验和(16Bit)+源IP地址(32Bit)+目的IP地址(32Bit)+数据

1： 版本(4Bit)，目前协议版本号是4，即IPv4

2： 首部长度(4Bit),4Bit，即首部最长为60个字节（15个字，15*4个字节）

3： 服务类型(8Bit)，3Bit+4Bit（最小延时[Telnet]，最大吞吐量[FTP]，最高可靠性[SNMP]，最小费用[NNTP]）+1Bit（预留，置0）

4： 总长度字节数(16Bit),整个IP数据报长度，最长可达65535个字节。当数据报被分片时，该字段也会随着变化

5： 标识(16Bit)，唯一标识主机发送的每一份数据报，通常每发一份报文值就会加1。

6： 标志(3Bit)，用在报文分片时用。

7： 片偏移(13Bit)，用在报文分片时用。

8： 生存时间(8Bit)，生存时间字段设置了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。

9： 协议(8Bit)，识别哪个协议向IP传送数据

10： 首部校验和(16Bit)，首部检验和字段是根据I P首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码（参考TCP-IP详解卷107：Ping程序）。

11： 源IP地址(32Bit)

12： 目的IP地址(32Bit)

13： 数据

三：IP 路由选择

IP层既可以配置成路由器的功能，也可以配置成主机的功能。本质上的区别在于主机从不把数据报从一个接口转发到另一个接口，而路由器则要转发数据报。

1： 处理流程

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层在内存中有一个路由表。当收到一份数据报并进行发送时，它都要对该表搜索一次。

当数据报来自某个网络接口时， IP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。如果确实是这样，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。

如果数据报的目的不是这些地址，那么A：如果I P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）；B：数据报被丢弃。

2： 路由表项包含的信息

A：目的IP地址，它既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，由该表目中的标志字段来指定。

主机地址有一个非0的主机号，以指定某一特定的主机地址，

网络地址中的主机号为0，以指定网络中的所有主机（如以太网，令牌环网）。

B：下一跳路由器（ next-hop router）的IP地址，或者有直接连接的网络IP地址。

下一站路由器是指一个在直接相连网络上的路由器，通过它可以转发数据报。

下一站路由器不是最终的目的，但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的。

C：标志，其中一个标志指明目的IP地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口。

IP路由选择是逐跳地（hop-by-hop）进行的。从这个路由表信息可以看出， IP并不知道到达任何目的的完整路径（当然，除了那些与主机直接相连的目的）。所有的IP路由选择只为数据报传输提供下一站路由器的IP地址。它假定下一站路由器比发送数据报的主机更接近目的，而且下一站路由器与该主机是直接相连的。

3： IP路由选择顺序

A：寻找能与目的IP地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配）。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。

B：寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。

这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。

C：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。

如果上面这些步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自本机，那么一般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。

四：子网寻址，更充分的利用IP地址

网络号+主机号 == 网络号 + 主机号（子网号+主机号）

子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组织（一个校园或公司内部）的细节。可以缩减路由表的规模。

五：子网掩码

除了IP地址以外，主机还需要知道有多少比特用于子网号及多少比特用于主机号。

这是在引导过程中通过子网掩码来确定的。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。