一、引言
1、IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。
2、IP提供不可靠以及无连接的数据包服务
1)、不可靠的意思是它不能够保证IP数据包能够成功的到达目的地。
2)、无连接的意思是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息
二、IP首部
1、普通的IP首部长为20个字节,除非含有选项字段。IP数据报的格式如下:
2、4字节的32bit值以下面的次序传输:
首先是0~7 bit,其次8~15 bit,然后16~23 bit,最后是24~32 bit。这种传输次序称为 big endian字节序。
注:由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又成为网络字节序。以其他形式存储二进制整数的机器,必须在传输数据之前把首部转换成网络字节序。
3、版本是指协议版本号,因此IP有时也称作为IPv4.
4、首部长度
1)、首部长度指的是首部占32 bit字的数目包括任何选项。
2)、由于是一个4比特字段,因此首部长度最长为60个字节。但这种限制使某些选项在当今已没有什么用处。
3)、普通IP数据报(没有任何选项)字段的值是5。
5、服务类型(TOS)
1)、服务类型包括一个3 bit的优先权子字段(现在已被忽略),4 bit的TOS子字段,1 bit未用位但必须置0.。
2)、4 bit的TOS分别代表:最小延时、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,那么就意味着一般服务。
对不同应用建议的服务类型字段推荐值
3)、现在大多数的TCP/IP实现都不支持TOS特性。
6、总长度字段
1)、总长度字段是指整个IP数据报的长度,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IP数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长为16比特,所以IP数据报最长可达65536字节。
2)、总长度字段是IP首部必要的内容,因为一些数据链路需要填充一些数据以达到最小长度。
7、标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。
8、TTL生存时间
1)、TTL字段设置了数据报可以经过的最多路由数。它指定了数据报的生存时间。
2)、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,它的值就会减1。当该字段的值为0时,数据报就会被丢弃,并发送ICMP报文通知源主机。
9、首部检验和字段
1)、此字段是根据IP首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。
2)、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。
3)、为了计算一份IP数据报的检验和,首先把检验和字段置位0。然后,对首部中每个16 bit进行二进制反码求和,结果存在检验和字段中。
10、每一份IP数据报都包含IP地址和源地址。它们都是32 bit的值。
11、任选项字段
1)、此是一个时数据报中的一个可变长的可选信息。
2)、这些任选项定义如下:
I、安全和处理限制。
II、记录路径
III、时间擢
IV、宽松的源站选项
V、严格的源站选项
3)、选项字段一般都是以32 bit作为界限,在必要时插入值为0的填充字节。
三、路由选项
1、从概念上说,IP路由选择是简单的,特别对于主机来说。
1)、如果目的主机与源主机直接相连或都在一个共享网络上,那么IP数据报就直接发送到目的主机上。
2)、如果主机把主机报发往一个默认的路由上,由路由器来转发该数据报。
2、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。其本质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,二路由器则要转发数据报。
3、在一般的体制中,IP可以从TCP、UDP、ICMP和IGMP接收数据报并进行发送,或者从一个接口接收网络数据报(待转发的数据报)并进行发送。
4、IP层在内存中有一个路由表。
1)、当收到一份数据报并进行发送时,它都要对该表搜索一次。
2)、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IP广播地址
I、如果的确是这样,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。
II、如果数据报的目的不是这些地址,那么:
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,
否则,丢弃数据报。
5、路由表中的每一项都包含下面这些信息
1)、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确定。
2)、下一站(或下一跳)路由器的IP地址,或者直接连接地网络IP地址。
3)、标志。其中一个标志指明目的IP地址示网络地址还是主机地址。另一个标志指明另一个下一站路由是否为真正的下一站路由,还是一个直接相连的接口。
4)、为数据报的传输指定一个网络接口。
6、IP路由选择是逐跳进行的,其主要完成以下的功能:
1)、搜索路由表,寻找能与目的IP地址完全匹配的表目。
2)、搜索路由表,寻找能与目的网络号相匹配的表目。
3)、搜索路由表,寻找标为“默认”的表目。
4)、如果上面的步骤都没有成功,那么该数据报就不能被传送。
四、子网寻址
1、现在所有的主机都要求支持子网编址。不是把IP地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成,而是把主机号再分成一个子网号和主机号。
2、在InterNIC获得某类IP网络号后,就由当地的系统管理员来进行分配,来决定是否建议子网,以及分配多少比特给子网号和主机号。许多管理员采用自然的划分方法,即把B类地址中留给主机的16bit中的钱8bit作为子网地址,后8bit作为主机号。但是,并不要求A类或B类地址的子网划分都要以字节为划分界面。
3、子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组合的细节。
4、与相同数量的C类地址相比,B类地址的子网可以缩小internet路由表的规模。
4、子网对于子网内部的路由器是不透明的。
五、子网掩码
1、主机需要确定有多少比特用于子网号以及有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32bit的值,其中值为1的比特留给网络号和子网号,为0的主机留给主机号。
2、子网掩码经常使用十六进制来表示,特别是当一个界限不是一个字节时。
3、给定IP地址和子网掩码后,主机就可以确定IP主机报的目的
1)、本子网上的主机;
2)、本网络中其他子网中的主机;
3)、其他网络上的主机;
注:如果知道本机的IP地址,那么就知道他是否为A类,B类或C类地址,也就知道网络号和子网号之间的分界线。而根据子网掩码就可知道子网号和主机号之间的分界线。
六、特殊情况的IP地址
1、特殊情况的IP地址
1)、0表示所有的比特位全为0。
2)、-1表示所有的比特位全为1。
3)、netid、subnetid和hostid分别表示不全为0,或全1的对应字段。
4)、子网号栏为空表示该地址没有进行子网划分。
2、我们把特殊情况的IP地址分为三个部分。表的头两项是特殊的源地址,中间项是特殊的环回地址,最后四项是广播地址,