3.IP：网际协议

介绍

IP是TCP/IP协议栈中最核心的协议，TCP、UDP、ICMP和IGMP都基于IP协议传输数据

IP协议的两个重要特点：

1. 不可靠：不保证IP数据报成功传输到目的地，可靠性由上层保障
2. 无连接：不维护数据报的状态信息。每个数据报都是独立传输，可能A在B之前传输，但是A在B之后到达

IP首部

其中普通IP首部占据20字节，除非包含可选字段，并且IP数据报的长度一定是32位的整数倍

• 版本号：4位。IPv4的版本号是4
• 首部长度：4位。代表图中首部占据了多少个32位。4位首部长度说明首部最长为2^4-1=15个32位，即60字节
• 服务类型（TOS）：8位。其中3位优先权子字段（已忽略）、4位TOS子字段和1位未用位。4位TOS最多设置其中一个位，如果全0代表一般服务，这4位分别是：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性、最小费用。根据不同类型，来选择不同的执行逻辑
• 总长度：16位。整个IP数据报的总长度，通过首部长度和总长度，可以知道数据内容的起始位置和长度
• 标识：16位。唯一标识主机发送的数据报，每发送一份报文都会加1
• 标志：3位。
• 偏移：13位。
• 生存时间：8位。数据报最多经过的路由器数
• 协议：8位。表明是哪个上层协议向IP发送数据，根据这个字段在收到数据报的时候可用正确分用
• 首部校验和：16位。根据IP首部计算的校验和
• 选项（如果有）：不定长。如有需求，会额外增加的字段，可选

IP路由选择

1. IP收到上层的数据报，搜索路由表，根据搜索结果并完成发送
2. IP收到下层网络接口传上来的数据报，check数据报中目的IP是否为本机。如果是，则交给IP首部字段指定的协议模块解析；如果不是，则若本机无路由功能就丢弃数据报，若本机有路由功能则进行路由表搜索和转发

路由表：

• 目的IP地址：可以是网络地址，也可以是主机地址
• 下一站路由器的IP地址：直连网络的路由器IP，通过该路由器将数据转发到目的地
• 标志：一个标志区分目的IP是网络地址还是主机地址；另一个标志区分下一站路由器是真正的路由器还是直连的网络接口
• 为数据报传输指定一个网络接口

IP路由是逐跳地（hop-by-hop）进行，IP并不知道到达目的地的完整路径，只是通过路由寻找到下一站路由器，如此不断接近终点

IP路由选择过程：

1. 搜索路由表，找到与目标IP完全匹配的条目，将报文发送给该条目的下一站路由器或直连的网络接口
2. 搜索路由表，找到与目标网络号匹配的条目，将报文发送给该条目的下一站路由器或直连的网络接口
3. 搜索路由表，找到“默认”条目，将报文发送给该条目的下一站路由器或直连的网络接口

为每个网络指定一个路由器，可以减少路由表的规模

1. 大部分主机和路由器可以采用“默认”路由条目将数据传送到目的地
2. 逐跳传递过程中，目的IP地址不变化
3. 逐跳传递过程中，链路层数据帧首部的目的地址始终指向下一站链路层的目的地址（mac地址）

子网寻址

子网的目的：

1. 如果网络下直接就是主机号，通常一个网络可用主机号较多，实际用不了这么多，浪费
2. 子网对外只需要暴露网关的IP地址，可用极大减少Internet路由表规模

通常B类地址才划分子网

子网掩码

用来确定IP地址中有多少位是网络号和子网号，有多少位是主机号

有盘主机通常在系统启动的时候，会读取磁盘中的文件来获取IP地址和子网掩码

通过子网掩码可以确定目标地址与本机地址是否在：

• 其他网络
• 同一个网络
• 同一个子网

这个功能也是路由选择中不断进行的步骤

特殊的IP地址

变长子网

当一个子网（如图中子网13）中存在多个网络（如图中SLIP和以太网），就需要通过增加子网的长度，来区分该子网是SLIP子网还是以太网子网。这种改变子网长度，称为变长子网

3-10中各接口IP