TCP/IP协议之IP层（转自TCP/IP详解卷一）

I P是T C P / I P协议族中最为核心的协议。所有的 T C P、U D P、I C M P及I G M P数据都以I P数据

报格式传输。I P提供不可靠、无连接的数据报传送。

不可靠（u n r e l i a b l e）的意思是它不能保证 I P数据报能成功地到达目的地。 I P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， I P有一个简单的错误

处理算法：丢弃该数据报，然后发送 I C M P消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来

提供（如T C P） 。

无连接（c o n n e c t i o n l e s s）这个术语的意思是I P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， I P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路由选择

从概念上说，I P路由选择是简单的，特别对于主机来说。如果目的主机与源主机直接相

连（如点对点链路）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网） ，那么I P数据报就直接送到

目的主机上。否则，主机把数据报发往一默认的路由器上，由路由器来转发该数据报。大多

数的主机都是采用这种简单机制。

我们将讨论更一般的情况，即 I P层既可以配置成路由器的功能，也可

以配置成主机的功能。当今的大多数多用户系统，包括几乎所有的 U n i x系统，都可以配置成

一个路由器。我们可以为它指定主机和路由器都可以使用的简单路由算法。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。内含路由器

功能的主机应该从不转发数据报，除非它被设置成那样。

在一般的体制中，I P可以从T C P、U D P、I C M P和I G M P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。 I P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，I P首先检查目的I P地址是否为本机的I P地址之一或者I P广播地址。如果

确实是这样，数据报就被送到由 I P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（ 1）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）；否则（ 2）数据报被丢弃。

路由表中的每一项都包含下面这些信息：
• 目的I P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（如下所述） 。主机地址有一个非0的主机号（见图1 - 5） ，以指定某一特定的

主机，而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） 。
• 下一站（或下一跳）路由器（ next-hop router）的I P地址，或者有直接连接的网络 I P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。
• 标志。其中一个标志指明目的 I P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（我们将在 9 . 2节中

详细介绍这些标志） 。
• 为数据报的传输指定一个网络接口。

I P路由选择是逐跳地（h o p - b y - h o p）进行的。从这个路由表信息可以看出， I P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I P路由选择只为数

据报传输提供下一站路由器的 I P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。

I P路由选择主要完成以下这些功能：
1) 搜索路由表，寻找能与目的 I P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） 。
2) 搜索路由表，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。例如，一个以太网上的所有主机都是通过这种表

目进行寻径的。

这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。关于这一点我们在下一节中进行

讨论。
3) 搜索路由表，寻找标为“默认（ d e f a u l t） ”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。

完整主机地址匹配在网络号匹配之前执行。只有当它们都失败后才选择默认路由。默认

路由，以及下一站路由器发送的 I C M P间接报文（如果我们为数据报选择了错误的默认路由） ，

是I P路由选择机制中功能强大的特性。