IP 协议

IP 不是面向字节流的，而是发送接收一个个的数据包

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1. 基本概念

主机：配有 IP 地址的设备
路由器：配有单个或多个 IP 地址，且能进行路由节点控制
节点：主机和路由器的统称

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2. IP 报头解析

4 位版本号（version）：

• 指定 IP 协议的版本。对于 IPv4 来说，就是 4（用 4 个字节，32 个比特位，标识全球互联网唯一的主机）。

  公用网络协议中，极少使用 IPv6
  

4 位头部长度（header length）：

• 表示该 IP 头部有多少个 32 位 bit（有多少个 4 字节）; 所以 IP 头部最大长度是 15 * 4 = 60 个字节

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，和 1 位保留字段（必须置为0）。
• 4 位 TOS 分别表示：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本。这四者相互冲突, 只能选择一个。
• 对于 ssh / telnet 这样的应用程序，最小延时比较重要；对于 ftp 这样的程序，最大吞吐量比较重要。

16 位总长度（total length）：

• IP 数据报整体占多少个字节。

16 位标识（id）：

• 唯一的标识主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个 id 都是相同的。

3 位标志字段：

• 第一位保留（保留的意思是现在不用，但是还没想好说不定以后要用到）。
• 第二位置为 1 表示禁止分片，这时候如果报文长度超过 MTU，IP 模块就会丢弃报文。
• 第三位表示 “更多分片”，如果分片了的话，最后一个分片置为 1，其他是 0。类似于一个结束标记。

13 位分片偏移（framegament offset）：

• 是分片相对于原始 IP 报文开始处的偏移。其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置。实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的。因此，除了最后一个报文之外，其他报文的长度必须是 8 的整数倍（否则报文就不连续了）。

8 位生存时间（Time To Live, TTL）：

• 数据报到达目的地的最大报文跳数。一般是 64，每次经过一个路由，TTL -= 1，一直减到 0 还没到达，那么就丢弃了。这个字段主要是用来防止出现路由循环。

8 位协议：

• 表示上层协议的类型，即有效载荷是什么报文。

16 位头部校验和：

• 使用 CRC 进行校验，来鉴别头部是否损坏。

32 位源地址和 32 位目标地址：

• 表示发送端和接收端。

选项字段（不定长, 最多 40 字节）：略

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🔺IP 的 网段划分：

过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案，把所有 IP 地址分为五类。

A类 0.0.0.0到127.255.255.255 
B类 128.0.0.0到191.255.255.255 
C类 192.0.0.0到223.255.255.255 
D类 224.0.0.0到239.255.255.255 
E类 240.0.0.0到247.255.255.255

但这种划分方案的局限性很快显现出来，大多数组织都申请B类网络地址，导致B类地址很快就分配完了，而A类却浪费了大量地址。

针对这种情况提出了新的划分方案，称为 CIDR（Classless Interdomain Routing）：

• 引入一个额外的子网掩码（subnet mask）来区分网络号和主机号

• 子网掩码也是一个 32 位的正整数，通常用一串 “0” 来结尾

  子网掩码格式：左半部分全 1，右半部分全 0。
  
  1 的部分就是网络号的占位，0 的部分就可以用来进行子网划分，
  如此相比分类网段，就更加灵活了。
  

• 将 IP 地址和子网掩码进行 “按位与” 操作，得到的结果就是网络号

• 网络号和主机号的划分与这个 IP 地址是 A 类、B 类还是 C 类无关