主要内容：IP头部，IPV6扩展头部，IP转发。IPV6扩展头部主要是分片头部。
引言
IP是TCP/IP协议族中最核心的协议。所有TCP，UDP，ICMP，IGMP数据都通过IP数据报传输。IP提供了一种尽力而为，无连接的数据交付服务。尽力而为是指，它不保证数据报能够成功到达目的地。
IPV4头部和IPV6头部
版本字段：占4位，指出数据报的IP版本，比如IPV4为4，IPV6为6。
IHL：头部长度字段，占4位，用于保存头部中32位字的数量，最大十进制数为15，这意味着IPV4头部最大为60个字节，IPV4头部的包括20字节的固定大小和40个字节的选项（可变）。
DS字段：占6位，该字段用于IP在网络传输中提供特殊服务，如优先级，DS字段和ECN字段以前称为服务类型字段。
前三位表示优先级位，不同的数字表示不同的优先级，D表示延时，T表示吞吐量，R表示可靠性。IP数据报以某种方式被标记（优先级，D，T，R），使他们的转发不同于其他数据报，比如优先级高的会优先转发。DS字段的机制和服务类型字段相似。
ECN字段：拥塞标识符，当目的主机收到的数据报的该字段被标识，他会被主机发现，并且通知发送方降低发送速度。
总长度字段（IPV4）：记录IP数据报的大小。该字段占两个字节，间接说明IP数据报最大不超过65535个字节。虽然IP数据报的最大可以达到这么大，但是大多数链路层（以太网）不能发送这么大的数据，一般为1500个字节。
标识，标识符，偏移量放在后面讲IPV6的分片头部讲。
生存期（TTL）：该字段用于表示IP数据报在网络中被节点（路由器）转发的次数，每被一个路由器转发一次该值减1。生存期在IPV6中称为跳数。该字段的的设置有效防止了，一个数据报在网络中出现环路。
协议：IP数据报负载部分数据的类型，就是上层协议的类型，比如UDP（该字段值17），TCP（值为6）。使用协议是的IP可携带不同上层协议的数据，实现复用。
头部校验和：用于接收方校验在传输过程中头部是否出现错误。该字段一般在发送方计算，接收方校验。
源IP地址，目的IP地址：发送方和接收方的IPV4地址。
选项：选项字段可以理解为IP数据报的扩展功能。我们先不详细解释，讲TCP的时候会把常用的选项仔细解释。
IP数据：IP所携带的上层数据，该值最大为65515（IPV4头部固定大小为20字节，不带任何选项）
IPV6头部相对于IPV4来说相对于简单，有些地方不一样。版本，DS字段，ECN，跳数（TTL），源IP，目的IP，这些字段和IPV4基本上一样。
负载长度：只用于记录所携带的数据的长度，不包括IPV6头部，但包括扩展头部。
下一头部字段：由于IPV6使用扩展头部，该字段用于表示下一个头部（扩展头部，负载数据中的头部，就是传输层协议的头部），他们形成一条包括特殊扩展的头部链。
流标签：目前该字段没有使用，我上网上找了很多资料没弄明白它的用途，如果有知道的分享分享。
IPV6也有像IPV4中标识，标识，偏移量字段，这些字段用于表示IP分片。IPV6把标识分片的字段放在了扩展头部中的分片头部中。
IPV6路由头部
IPV6路由头部为发送方提供了一个IPV6数据报控制机制，以控制数据报在网络中经过的路径。
分片头部
当源主机主机向目的主机发送一个大于路MTU（最大传输单元）的数据报时，主机或路由器可将该数据报进行分片。在IPV4中，如果数据报超过下一跳的MTU，任何主机或路由器可做分片操作，在IPV6中，仅数据报的发送者才能执行分片操作。
这里以IPV6举例讲IP分片，因为IPV4的操作和IPV6的一样。
IPV6数据报执行分片需要有分片头部
下一个头部字段和IPV6头部中下一个头部字段表示含义相同，保留字段和RES字段目前都是0。
分片偏移：占13位，和IPV4头部中的一样，该字段以8字节为单位，表示分片数据报的数据部分在原数据中的位置，等会儿会举例讲这个。
M字段：占1位，在IPV4中也有该字段，只是它包含在标志位中，M字段值为1则表示还有更多分片，如果该值为0表示该分片是原始数据的最后一个分片。
标识符：在IPV4中也存在该字段，每个分片的值都是一样的，该字段的主要目的是为了区别网络中不同的数据报，标识符相同的数据报属于同一个原始数据报，以便于在目的端进行数据报重组。
偏移量就是分片数据报数据的起始点在原数据中的相对位置，以8字节为单位，比如上图的第一个分片，起始点是从第0个字节开始的，那么偏移量为0/8=0，M=1表示我不是最后一个分片。第二个分片数据是从原始数据的1448字节开始的，那么用偏移量表示它在原始数据的相对位置1448/8=181，M=1，表示我不是最后一个分片。一次类推，其中每个数据报的标识符字段的值都是一样的，该字段是计算机通过某种算法生成的，以区别不同的数据报。每个数据报的长度应该都会算。
原始数据报由两部分组成：不可分片部分（IP头部，IPV6可能会包含一些扩展头部）和可分片部分（数据）。分片之后每个分片的IP头部会做相应的改变，比如负载长度。
IP转发
从整体看来IP转发感觉很简单，特别是对于主机，如果目的主机属于同一网络，且直接相连，就不用通过路由器，直接交付数据就可以。两台主机不在同一网络时通过路由器，路由器将数据交付给目的主机。当然主机是不转发IP数据报，即使它被配置为一台主机。
那么IP层收到数据会做些什么？
IP层可以收到来自上层协议的数据（比如TCP，UDP，接收设备一般是主机），也可以收到来自网络接口数据（那肯定是别人通过网络发给我的呀。）。来自上层数据很简单啊，做相应的封装 ，交给下层协议通过网络接口发出去。如果收到来自网络接口的数据，这就有点麻烦了，毕竟路由器，主机都能通过网络接口接收数据。这个时候就要看看接收设备是一台主机还是一台路由器。如果是主机，检查一下这个数据是不是发给我的，如果是就做相应的处理（校验，去IP头）把它交给上层协议。如果不是那就更简单了，直接丢弃。如果接收设备是一台路由器，这时候就要发生我们所说的IP转发了。
转发表
IO转发行为依赖一个叫转发表的东西，转发表主要包括目的地，掩码，下一跳，接口等信息。
目的地：他就是一个网络号（关于网络号，主机号，子网划分，掩码等我们放到讲IP结构和作用是一起讲），只要明白他用于Internet中标识一个网络即可。
掩码：掩码本身就只有一个作用，区分一个IP地址中的网络部分和主机部分。一个IP地址和掩码做与运算就能得到一个网络号，还是解释一下网络号吧。打个比方，你家住成都，家庭住址是成都市某某区某某小区...。那么网络号就是成都，IP地址就是你的家庭住址，一个快递寄给你，发送方的邮递员可能不知道你家这个地址，但是他知道成都，他把快递送到成都就行，成都的快递员肯定知道你这个地址，然后再给你送过来。对，就是这个意思。通过掩码拿到网络号后，路由器就知道我要把数据交到哪个网络。
下一跳：它就是IP地址。找到网络号了，我要把数据发送到这个网络，但是太远了，我懒得走我就把他交给离我最近且能到达目标网络的节点。下一跳所对应的IP地址可能就是这个中间节点，也可能是主机（说不定我就是最后一个节点，主机就连着我）
接口：一个路由器通常连接着多个网络（至少是两个吧，不然怎么转发和路由），因此他会有多个IP地址。转发表条目中的接口指名，通过那个IP地址把分组发给下一个实体或节点。
直接交付和间接交付
接下来就说一下什么是直接交付什么是间接交付。直接交付：举个例子，我有个东西我想把它交给我朋友，我朋友还离我特别近，我可以亲自拿给他，不用通过邮寄或者别人带给的方式。这就是直接交付，分组不用通过其他网络设备中转，直接交付给目的主机。间接交付：我俩太远了，我不能亲手给你，我找个快递公司发给你，对于我来说这是间接交付，对于快递公司来说是直接交付。
转发行动
说了这么多终于到转发了。
（1）.当路由器收到分组时，从分组的首部提取目的IP地址D。
（2）.先用转发表中的各网络的子网掩码和D做与运算，看是否和相应的网络号匹配，若匹配，则将分组直接交付给这个网络，否则就是间接交付，执行（3）。
（3）.若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则将分组传送给指名的下一跳路由器；否则执行（4）。
（4）.前两个都不符合，那就找一个网络号符合度最高的，将转发表中的子网掩码与D做与运算，执行最长前缀匹配算法。找到最匹配的网络号，将分组传递给下一跳路由器；否则执行（5）。
（5）.若路由表中有默认路由则直接将分组传递给默认路由器；否则执行（6）。
（6）.报告转发错误，主机不可达（将ICMP会讲到）。
IP协议主要将这么多，关于IP协议涉及的算法会放到算法里面讲，比如最长前缀匹配算法，二叉线索查找路由表。IP地址结构会单独讲，主要需要算的太多了。
我也不知道讲的对不对，如果有错的希望大家指点。