IP总结

TCP/IP：我们把网络定义为互相连接在一起的设备，网络的本质作用还是“端到端”的通信，然而希望互相通信的设备并不一定要“直接”连接在一起，因此必然需要一些中间的设备（路由）负责转发数据，因此就把连接这些中间设备的线缆上跑的协议定义为链路层协议，实际上所谓链路其实就是始发与一个设备，通过一根线，终止于另一个设备。我们把一条链路称为“一跳”。因此一个端到端的网络包含了“很多跳”。

此话引用自此博客，大神，膜拜

http://blog.csdn.net/dog250/article/details/6612496

IP（网络层）在我看来其实就是复用下层繁多的链路层协议，为上层传输层提供统一的接口，就是说，网络层对下层繁多的协议进行地址管理，每个设备不管它的物理层及其而对应的链路层使用的是什么协议，都对他们统一的使用IP地址进行唯一的标识，进行一跳一跳的传输。而向上，对传输层的协议进行分用（识别IP首部的协议字段），向上分用多个协论（TCP，UDP，ICMP，IGMP），保证不同的协议能被分到不同的协议软件中进行处理。传输层在此基础上就很简单的，他不用再考虑下面一跳一跳传输的细节，只需要考虑从源IP发送到目的IP就可以了，为此传输层的TCP协议进行了拥塞控制，超时重传和失序重排以保证端对端的可靠性。而网络层自身呢，就是下面的两个任务了：

1、路由选路：

路由表：

1）搜索路由表，寻找和目的IP完全匹配的表目。如果找到就发往下一站路由或者主机。

2）搜索路由表，寻找网络号相同的表目（优先匹配子网号相同的路由）。如果找到就发往下一站路由或者主机。

3）搜索路由表，寻找默认（default）表目。如果找到就发往下一站路由或者主机。

4）如果都找不到，那么很不幸，由于网络层只提供尽力的传输，所以该数据报被丢弃了。并且应该 向源地址发送一个ICMP不可达差错报文。

路由表中的标志值有：

U：可以使用的。

G：这是一个网关（路由器）。

H：这是一个主机地址，目的地址是完整的主机地址，不是一个网络地址。

D：该路由是由重定向报文创建的。

M：该路由被重定向报文修改。

以上，如果找到就发往下一站路由或者主机，这一步骤中，其实是发给路由表中对应的路由（网关）或者直接发往目的IP，如果是标志G，那么就说明，这是一个间接路由，那么在链路层的帧上的MAC地址放的是该路由的MAC地址，而如果没有这给标志，证明这是直接路由，那么在链路层帧中放的就是目标IP对应的MAC地址。至于，IP如何和MAC地址完成映射，就需要ARP协议了。

如果标志H，那么证明这个是一个主机，那么在匹配IP地址的时候就要匹配整个IP地址，而不只匹配网络号，有这个标志进行优先匹配。

好了，路由的选路就是这样，但是有一个关键问题还没有解决，我怎么知道哪写路由要更新？

其实这是路由的选路策略，分为动态选路协议和静态选路协议（涉及D、M标志），他们之间如何实现，将在下篇博客说明。

2、地址管理：

IP层抽象的互联网的屏蔽了下层硬件纷繁的细节，只要我们在网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或路由之间的通信。那么，他的编址方式又是什么？

现在的IP网络使用32位地址，以点分十进制表示，如192.168.0.1。地址格式为：IP地址=网络地址＋主机地址 或 IP地址=主机地址＋子网地址＋主机地址(取决于是否加了子网掩码)。我们这里只没有子网掩码的情况，因为子网掩码其实是在网络号的基础上对同一网段的IP地址进行再分组。

                                                                

如图，现在我们用的都是ABC类地址，D类主要是用于多播，这个和IGMP和UDP相关，这里不多做阐述。而E类地址，我们平时是见不到的。

有上图可知，A类地址是从0.0.0.0到127.255.255.255

                        B类地址是从128.0.0.0到191.255.255.255

                        C类地址是从192.0.0.0到223.255.255.255

                        D类地址是从224.0.0.0到239.255.255.255

                        E类地址是从240.0.0.0到255.255.255.255

只要是网络号相同就认为是同一个网段。

还有几个特殊的IP地址：

                  

以下是IP包头，它和以上功能的实现密切相关：

版本号：长度4比特。用于标识目前使用的IP协议的版本号。一般有0100（IPV4）和0110（IPV6）。

目前我们使用的IP地址多为IPV4，IPV6主要是为了解决IPV4版本的IP资源枯竭问题而提出来的。

IP包头长度：长度4比特，这个字段的出现是因为IP包头的不定长（因为有可选项），如果没有可选项（如UDP），就不需要这个字段。其表示的单位是4字节，就是说当其数值为1111时，表示的是15×4=60字节。那么当字节数不足时，比如首部目前53字节，明显不是4的整数倍，此时我们在包头后面填充3个0字节则可（56是4的倍数）。

服务类型：占8个比特，根据数值不同对包的传送做不同优化，但大部分时候忽略。

总长度：首部和数据之和的长度，单位是字节。最大是2^16-1=65535字节。这是典型的数据报通信（UDP也是），往往是无连接的，所以需要边界，而像TCP或者管道这一类流式通信，就不需要这个字段，因为它们是流（有连接的），不需要边界。

标识：占16位，IP软件维持一个计数器，产生一个数据包就把计数值加1，并赋值给该字段。对于该字段而言，主要是为了在IP分片之后还能重新组成原来数据报。

那么什么时候会发生分片呢？

在链路层中有一个MTU（最大传输单元），这个MTU主要是为了限制每次传输的数据包的大小，以保证发送的速度，从而减小延时。并且由于IP总是提供尽力的传输却不保证数据包一定到达目的地，MTU减小TCP的MSS（最大传输报文段）可以减少有运输层发现丢包后重传的包的大小。

所以，当前IP的数据报大于MTU，此时如果没有设置DF位的话，那么就会使得IP数据包分片，分片完了以后，标识的作用就体现出来了，只有标识相同的数据报才会被合并成一个数据报。

此时又有了新的问题，那么你怎么知道我是第几个包？

很简单，首先，标志中有有一个MF位，如果MF为0的话表示这是最后一个分片，为1表示后面还有其他分片。DF是不可分片位，如果MTU小于当前数据包而有设置了这个位，那么会给源地址发送一个ICMP不可分片差错报文。

那么如何拼起来呢？？

利用片偏移，13位，很奇怪，13位而已，而IP数据包长度却足足有16位。所以，片偏移是以8字节为单位的，一个IP报文分片以后，除了最后一个报文，其他的报文都是八字节的整数倍。

生存时间：这是数据报在网络中的寿命，防止数据报不停的在网络中兜圈子。为什么说IP是尽可能的传输呢？这个就是它的原因之一，如果TTL（生存时间）变成0的话，路由默认动作是丢弃这个数据报。IP数据报是靠路由进行一跳一跳的传输的，这个值每过一个路由器就减少1，一般初始设为255，也就是说，最多经过255次路由。                  

协议：利用IP进行传输的运输层协议有：TCP，UDP，为了在IP软件进行分用的时候方便，所以设置这个字段。当然，还有ICMP，IGMP和OSPF也是使用IP协议。

首部检验和：占16位，只校验数据报的首部，不含数据部分。每次经过路由器都要检查一次，避免首部出错。

源地址：发送方的IP。

目的地址：接收方的IP。

可变部分主要是用来排错、测量、安全的，其选项较多，但最后要用0填充字段填充到为4字节的整数倍，就是说，每个选项至少占用4字节。