第3章 IP:网际协议

1 概念

什么是IP?
IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP,UDP,ICMP,IGMP数据都是通过以IP数据包格式传输。IP提供不可靠，无连接的数据报传输服务。

• 不可靠：它不能保证IP数据报能成功到达目的地；
• 无连接：IP并不维护后续数据报的状态信息。每个数据报都是相互独立的；

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2 IP首部

普通的IP数据报首部为20个字节，除非含有选项字段

IP数据报格式及首部中的各字段

IP首部中包括如下部分内容：

1. 版本号：目前版本号为4， 即IPV4。
2. 首部长度：
3. 服务类型（TOS）：
4. 总字段长度：
5. 标识字段（16位）：唯一的标识主机发送的每一分数据报；
6. 标示字段（3位）：会在IP分片和重组的时候用到；
7. TTL（time to live）：设置数据可以经过的最多的路由器数。每经过一次路由器，该值-1；
8. 首部检验和：是根据IP首部计算的检验和码；
9. 源地址：
10. 目的地址
11. 任选项

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3 IP路由选择

3.1 路由表

IP层中在内存中有个路由表。路由表中的每一项都包含下面信息：

1. 目的IP地址：可以是完整的主机地址，也可以是网络地址。由标志字段决定。
2. 下一跳地址：下一跳路由器的IP地址；
3. 标志：一个表示：指明目的IP地址是网络地址还是主机地址。另一个表示：下一跳地址是否是真的下一跳路由器，还是直接相连的借口；
4. 为数据报的传输指定一个网络端口；

3.2 路由选择

IP路由选择是逐跳地进行的。IP并不知道到达任何目的的完整路径。
所有的IPl路由选择只为数据报传输的下一跳路由器的IP地址。

• 当一个IP数据报准备好了的时候，它是如何选择一个合适的路径将数据报送到目的地?

No1.最特殊的情况是主机和主机相连。那么主机根本不用寻找路由，直接把数据传输过去就可以。至于怎么直接传输的，那么久要靠ARP协议。

No2.一般情况是，主机通过若干路由（Router）和目的主机相连。
那么路由器就要通过ip包的信息来为ip包寻找到一个合适的目标来进行传递，比如合适的主机，或者合适的路由。路由器或者主机将会用如下的方式来处理某一个IP数据包：
（1）如果IP数据包的TTL（生命周期）已到，则该IP数据包就被抛弃。
（2）搜索路由表，优先搜索匹配主机，如果能找到和IP地址完全一致的目标主机，则将该包发向目标主机
（3）搜索路由表，如果匹配主机失败，则匹配同子网的路由器，这需要“子网掩码”的协助。如果找到路由器，则将该包发向路由器。
（4）搜索路由表，如果匹配同子网路由器失败，则匹配同网号路由器，如果找到路由器，则将该包发向路由器。
（5）搜索路由表，如果以上都失败了，就搜索默认路由，如果默认路由存在，则发包。
（6）如果都失败了，就丢掉这个包。

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4 子网寻址

地址格式：

IP地址=网路地址+主机地址
或
IP地址=网路地址+子网地址+主机地址

B类地址的一种子网编址

• 网络号：用于识别主机所在的网络地址；
• 主机号：用于识别该网络中的主机；

IP地址分为5类：

• A类：保留给政府机构
• B类：分配给中等规模的公司
• C类：分配给任何需要的人
• D类：用于组播
• E类：用于实验

ABC类地址特征：
A类第一位总是0，B类前两位总是10，C类前三位总是110

各类地址

子网掩码：
除了IP地址以外，主要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。

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