IP协议详解

一、IP协议 

1. 简介

相比之前讲的ARP协议，IP协议无论对于普通用户还是对于工程师而言，大家都要熟悉得多。

无论如何，经过这些影视剧和各路媒体的熏陶，最普通的民众也知道以下这些常识=>

①IP就是一张身份证，存在于电脑、手机、监控摄像头、汽车等任何需要联网的设备上面；

②IP是可以被追踪到和定位的，无论是网上发帖造谣生事或通过黑客技术攻击别人，所做的事情都会基于IP和其他ID信息被服务器记录下来，然后"阿sir"就可以追踪并抓到你。

当然，作为工程师，我们不仅仅要懂常识，更需要掌握这些专业的内容=>

IP协议的原理是什么？

IP协议和IP地址到底是什么关系？

IP协议有什么字段？

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2.原理

IP协议（Internet Protocol，互联网协议），是TCP/IP协议栈中最核心的协议之一，通过IP地址，保证了联网设备的唯一性，实现了网络通信的面向无连接和不可靠的传输功能。 

当多台接入互联网的电脑访问同一台服务器时，服务器如何区分不同电脑的请求，并准确的将资源返回？

众所周知，只要给每个设备加上"身份证"，并且在通信的时候，将"身份证"嵌入到数据包里面，则整个往返过程可以准确无误。  

以PC1访问服务器为例，PC1的地址是12.1.8.66，Server的地址是8.8.4.4，整个通信过程是这样的：

①PC1在请求数据包里面封装源目IP地址，并将带有IP地址的数据包发送到互联网；

②互联网有大量的网络通信设备（例如路由器），路由器根据数据包的IP地址查找路由表（地图），然后以接力棒的方式逐跳转发直到目标服务器；

③服务器收到请求数据后，将源目IP地址翻转，并封装回应数据包发送到互联网。

上述这个IP通信过程，跟我们日常快递收寄件的流程是几乎类似的：

①寄快递的时候，需要先写快递单，快递单要求写入寄件方和收件方的姓名和联系信息（电话号码、地址），写完之后，再将快递单贴在包裹上面。

②物流公司（或快递员）根据包裹的寄件地址，通过物流平台（飞机、长途货车、卡车）将包裹在省市中传输，直到收件方的城市。

③收快递的时候，快递员根据包裹收件地址，找到对应的街道或小区，然后通过电话联系并交付到我们手里。

在这里，快递单相当于IP地址、快递包裹相当于数据包，物流公司/快递员相当于路由器/交换机。

小结：经过上面这个案例，我们需要更明确这些知识点：

①IP协议提供了IP地址，并将源目IP地址夹带在通信数据包里面，为路由器指明通信方向；

②IP协议只能指明数据包的源目通信方即"这是谁的送给谁的"，但不能保证数据包一定能到达对方，数据是否会被丢弃以及丢弃之后如何处理。所以，上面才有这句："IP协议提供面向无连接不可靠传输功能"。那么，如果出现丢包且需要重传时，谁来解决呢？这就需要TCP/IP协议栈另外一个"半壁江山"来实现，大家肯定猜到了：TCP协议能解决以上这些IP协议不能实现的功能。

当然，IP协议不仅仅只有"快递单"功能，它还能防止数据包环路、为数据打上重要或不重要等标签实现流量控制、能验证数据包是否损坏、能实现数据包分片和组装功能；而要深入学习这些功能，必须掌握IP头部的封装格式。

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3.IP协议头部

解析：

字段	解释
4位版本号(version)	指定IP协议的版本, 对于IPv4来说，就是4
4位头部长度(header length)	IP头部的长度是多少个32bit, 也就是 length * 4 的字节数. 4bit表示最大的数字是15, 因此IP头部最大长度是60字节
8位服务类型(Type Of Service)	3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段,