《TCP/IP详解 卷一：协议》读书笔记 - 3 IP：网际协议

#IP：网际协议
IP 是 TCP/IP 协议簇中最核心的协议。所有的 TCP、UDP、ICMP、IGMP 数据都以 IP 数据报格式传输。IP 协议提供不可靠无连接服务。

##IP 首部

• 网络字节序：big endian 字节序。首先传送 0-7 bit，其次 8-15 bit，然后 16-23 bit，最后 24-31 bit。以小端格式存储的数据需要在传送前转换为大端模式。
• 版本号：4 位，目前协议版本号为 4，因此 IP 也称为 IPv4。
• 首部长度：4 位，首部长度，包括首部可选项，以 32 bit 为单位。最短 20 个字节，最长 60 字节。（5*（32/8）=20 字节）。
• 服务类型：8 位，包含 3 bit 优先权子字段（现已忽略），4 bit 的 TPS 子字段，1 bit 未用但必须为 0。4 bit 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。
  
• 总长度：16 位，整个 IP 数据报的长度，以字节为单位。最长可达 65535。
• 标识（Identifier）：16 位，唯一地标识主机发送的每一份数据报。
• 标志（Flag）：3 位，第一位暂不用。第二位 DF，DF=1 表明不能进行分段。若 DF=1 且数据长度过长，则会被抛弃且返回错误。第三位 MF，若对数据进行分片，则会在除最后一个分段外将 MF 设置为 1，表示后面还有更多的分段未到达。
• 片偏移：13 位，用于对分片进行拼接。
• 生存时间（TTL）：8 位，设置数据报可以经过的最多路由数量。
• 协议：8 位，根据它可以识别是哪个协议向 IP 传送数据，如 TCP、UDP 等。
• 首部校验和：16 位，不对数据进行计算。

##IP 路由选择
从概念上说，IP 路由选择是简单的，特别是对于主机而言。如果目的主机和源主机直接相连或都在一个共享网络上，那么 IP 数据报就直接送到目的主机上。否则，主机把数据报发往默认路由，由该路由进行转发数据报。
路由表中的每一项包含下面信息：

• 目的 IP 地址。
• 下一跳路由器的 IP 地址，或直接连接的网络 IP 地址。
• 标志。其中一个标志指明目的 IP 地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一跳路由器是否为真正的下一跳路由器，还是一个直接相连的接口。
• 为数据报的传输指定一个网络接口。

IP 路由选择是逐跳进行的，IP 并不知道到达任何目的的完整路径。IP 路由器主要完成以下功能：

• 搜索路由表，寻找能与目的 IP 地址完全匹配的表目。
• 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。
• 搜索路由表，寻找标为“默认”的表目。

注：

• 在路由寻址转发过程中数据报中的 IP 地址始终步发生任何变化，而且所有路由选择决策都是基于这个目的 IP 地址。
• 每个链路层可能具有不通的数据帧首部，而且链路层的目的地址始终是指向下一站链路层地址。

##子网寻址
现在所有的主机都要求支持子网编址。ABC 类地址单纯地把 32 位网络地址分为网络号和主机号，这样使得每个网络中的可用的主机号太多，A 类和 B 类分别为 2^24-2 和 2^16-2(除了全 0 和全 1)，然而并用不完。现在把主机号再划分为子网号和主机号，如对一个 B 类地址，前 16 位为网络号，将后 16 位主机号拆分为 8 位子网号和 8 为主机号。子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组织（校园或公司内部）的细节。这样外部路由器仅需要知道下一跳路由的子网号，而无需知道具体的主机号，可以大大缩减路由表的规模。

##子网掩码
子网的位数是由人定的，机器并不知道子网的位数。因此需要由子网掩码来确定多少比特用于子网号。子网掩码是一个 32 bit 的值，其中值为 1 的比特留给网络号和子网号，为 0 的比特留给主机号。
给定 IP 地址和子网掩码后，主机就可以确定 IP 数据报的目的是：

1. 本子网上的主机
2. 本网络中其他子网的主机
3. 其他网络上的主机