网络通信基础：互联网协议（IP）详解

一、简介

    IP是TCP/IP协议族的核心协议。IP提供不可靠、无连接的数据报传送服务。

    不可靠的意思是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。IP仅提供最好的传输服务。任何要求的可靠性必须由上层来提供（如TCP）。

    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。每个数据报的处理是相互独立的。这也说明，IP数据报可以不按发送顺序接收。

二、IP首部

    IP数据报格式如下图所示，IP首部长为20个字节。

    如上图所示，最高位在左边，记为0bit，最低位在右边，记为31bit。

    4个字节的32bit值以下面的次序传输：首先是0~7bit，其次8~15bit，然后16~23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称为大端字节序。其也可成网络字节序。在网络上传输数据前，需将首部转换为网络字节序。

    协议版本号为4时代表IPv4。首部长度是指首部占32bit字的数目，包括任何选项。由于它是一个4bit字段，因此首部最长为60个字节。4bit的TOS分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。详细介绍见书中的P25。

    总长度字段是指整个IP数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度和总长度字段，就可以知道IP数据报中数据内容的其实位置和长度。由于此字段长16bit，所以IP数据报最长可达65535字节。

    标识字段唯一的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。

    TTL生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。TTL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，它的值就减去1.当该字段值为0时，数据报就被丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。

    首部检验和字段是根据IP首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行校验。ICMP、IGMP、UDP和TCP在他们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据的校验和码。校验和主要采用16bit的反码求和方式进行。

    源IP地址和目的IP地址都是32bit的IP值。

三、IP路由选择

    如果目的主机与源主机直接相连（如点对点连接）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网），那么IP数据报就直接送到目的主机。否则，主机把数据报发往一个默认路由器，由路由器来转发该数据报。大多数主机采用这个种简单机制。
    IP层可以配置成路由器的功能，也可以配置成主机功能。
    IP层在内存中有一个路由表，当收到一份数据报并进行发送时，它都要对该表搜索一次，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地址之一或是IP广播地址，如果是，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，如果IP数据报的目的地址不是这些，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，否则数据报被丢弃。

    IP路由选择是逐跳地（hop-by-hop）进行的。从这个路由信息可以看出，IP并不知道到达任何目地的完整路径（除了那些直接相连的目的）。所有的IP路由选择只为数据传输提供一下站路由器的IP地址。

    IP路由选择主要完成以下这些功能。