TCP/IP详解 卷1：协议—IP:网际协议

Posted 2021-05-21 xhjh

IP首部

普通的IP首部为20字节，除非含有选项字段，网络字节序采用的是大端模式，即低位对应的数据的高字节，高位对应的是数据的低字节，而计算机多采用的是小端存储模式，即低位对应的是数据低，高位对应的是数据高字节，因此，计算机数据进行网络传输时需要进行字节序转换。

• Pv4对应的4位版本号为4。
• 4位首部长度指的是首部32bit字的数量，因此最大可表示长度为15*4=60字节。
• 8位服务类型TOS，前3位为优先权子字段（现在已被忽略），接着4位为TOS子字段和1bit未用位但必须置0，4位为TOS子字段分别表示：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用，这4位只能有一位为1，如果都为0则表示一般服务。对应不同应用建议的TOS值为：
• 16位总长度字段表示IP数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段，就可以知道IP数据报中数据内容的起始位置和长度。超通道的MTU为65535是因为IP数据报的最大IP数据报长度是65535。
• 后面介绍标志字段和片偏移字段
• 16位标识，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。
• 8位生存时间TTL，设置了数据报可以经过的最多路由器数，通常为32或64，每经过一个处理它的路由器，它的值就减去1。当该字段的值为0时，数据报就被丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。
• 8位协议字段用来标识上层使用的是什么协议。
• 16位首部校验和字段是根据IP首部计算的检验和码。计算一份数据报的IP检验和，首先把检验和字段置为0。然后，对首部中每个16 bit进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串16 bit的字组成），结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和，因此，如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1（即检验和错误），那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。由于路由器经常只修改TTL字段（减1），因此当路由器转发一份报文时可以增加它的检验和，而不需要对IP整个首部进行重新计算。ICMP、IGMP、UDP和TCP都采用相同的检验和算法。
• 每一份IP数据报都包含32位源IP地址和32位目的IP地址 。
• 选项字段，作用如下：
  1).安全和处理限制（用于军事领域）
  2).记录路径（让每个路由器都记下它的IP地址）
  3).时间戳（让每个路由器都记下它的IP地址和时间）
  4).宽松的源站选路（为数据报指定一系列必须经过的IP地址）
  5).严格的源站选路（与宽松的源站选路类似，但是要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他的地址）。

IP路由选择

P路由选择主要流程为：

1. 搜索路由表，寻找能与目的IP地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配）。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。
2. 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。
3. 搜索路由表，寻找标为“默认（default）”的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。如果上面这些步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。

子网

子网编址，不是把IP地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号。
子网掩码，通过32位掩码的形式来确定IP地址中的网络号、子网号和主机号，其中值为1的比特留给网络号(通过IP地址的类型可以确定位数)和子网号(值为1的bit位数减去网络号的位数)，为0的比特留给主机号。