IP 协议的相关特性（部分）

IP 协议的报文格式

4位版本号：

        用来表示IP协议的版本，现有的IP协议只有两个版本，IPv4，IPv6。

4位首部长度：

        设定和TCP的首部长度一样

8位服务类型：

        （真正只有4位才有效果），类似于模式/形态 切换。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：

        IP数据报整体占多少个字节。16位总长度为64kb，但是IP协议，自身支持“拆包组包”机制，如果需要携带比较长的数据的时候，IP协议会自动的把一个数据报拆成多个数据报，接收方在进行分用时，也会把多个数据报合并成一个数据报。

16位标识：

        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。

13位分片偏移：

        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）。因此当一个数据报被分片后，数字小的为前面的数据报，数字大的为后面的数据报。

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0，其他是1。类似于一个结束标记。

8位生存时间（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（传输层）协议的类型。

16位头部校验和：

        使用CRC 进行校验，来鉴别头部是否损坏，只需要校验首部。

要想知道什么是源IP，就得知道什么是IP。 IP地址主要用于标识网络主机、其他网络设备（如路由器）的网络地址。简单说， IP 地址用于定位主机的网络地址（设备所在） 。就像发送快递一样，需要知道对方的收货地址，快递员才能将包裹送到目的地。 IP 格式： IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节），如：01100100.00000100.00000101.00000110。通常用“点分十进制”的方式来表示，即 a.b.c.d 的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数）。如：100.4.5.6。 特殊 IP：

127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试，通常是127.0.0.1

本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于

开发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。IP协议有两个版本，IPv4和IPv6。我们整个的课程，凡是提到IP协议，没有特殊说明的，默认都是指IPv4。 IPv4数量=2^32，大约43亿左右，而TCP/IP协议规定，每个主机都需要有一个IP地址。对于全世界 计算机来说，这个数量是不够的，所以后来推出了IPv6（长度128位）。但因为目前IPv4还广泛的使用，且可以使用其他技术来解决IP地址不足的问题，所以IPv6也就没有普及。

        那么IPv4的地址不够用怎么办？有这几种方法。

1）动态分配IP（DHCP）：你这个设备不会一直需要上网，等需要上网时，就分配IP，不需要时就不先分配。不过这种方法只能缓解，但不能根治。

2）NAT机制（网络地址转换）：把IP地址分成两大类，1.内网IP：不同的局域网的IP地址可以相同，同一个局域网的内网IP地址不可以相同。此时，大量的设配可以使用同样的IP了（在不同的局域网），IP不够用的问题就得到了很大的改善。2.外网IP：外网IP不能重复。

        如果是同一个局域网内部之间的设备进行通信，那肯定可以，但是如果A局域网的设备想和B局域网中的设备通信，这两个设备的IP地址可能相同，哪怎么办？这种情况是禁止的，如果想通信，就需要有一个带有外网IP的设备进行中转。那么局域网中的设备如何访问带有外网IP的设备呢？当局域网中的设备访问带有外网IP的设备时，如向一个服务器发送信息，这个信息经过层层中转，到达电信路由器（带有外网IP），然后触发NAT机制，此时这个外网IP就会将信息中的源IP替换成这个外网IP，替换后会维护一张映射表，描述着替换前的IP和替换后的IP，然后在发送给该服务器，当服务器返回响应后给这个外网IP，然后这个外网IP就根据这个映射表将目的IP给替换成原来得IP，这样就完成了交互。上述过程是简化的，其实在到达电信客户端时就可能经历过多次NAT机制。不过NAT的缺点也很明显，如效率不高，非常繁琐，不方便直接访问局域网内的设备，也不能真正解决IP地址不够用的情况等。而IPv6因为数量够大，它才真正解决了IP地址不够用的情况，不过IPv6和IPv4不兼容。那么为什么IPv6没有大规模普及呢？可能是因为要想升级IPv6，就需要更换路由器等设备，而IPv4则只需要路由器厂商开发出新版本的软件，升级软件，即可直接支持，这也是NAT的最大优势，“纯软件实现”。

        IP地址分为两个部分，网络号和主机号

1）网络号：标识网段，相互连接的两个网段具有不同的标识

2）标识主机，同一个网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须具有不同的主机号。

同一个局域网中设备的网络号必须相同，主机号必须不同，不同的局域网的网络号必须不同。那么如何分辨哪个部分是网络号？哪个部分是主机号呢？这就要通过子网掩码来识别，子网掩码和IP地址一样，也是4字节，32位整数，左侧必须是连续的1，右侧必须是连续的0，0和1不能穿插，n个比特位为1的是网络号，m个比特位为0的为主机号。如有20个比特位为1，12个比特位为0，那么IP地址前20个比特位为网络号，后12个比特位为主机号。

        

        上述说的是IP协议如何管理地址，IP协议还有另一个重要功能：路由选择。当传输信息时，由于路由器无法了解全貌，只能认识部分网络情况（和它相邻的设备情况），在这个前提下，进行路由转发，就只能“摸着石头过河”，因此路由器转发数据的过程相当于问路，每个路由器内部有一个数据结构路由表，数据报到达路由器的时候，就需要查询路由表（问路），如果查到了，就可以直接按照这个方向继续转发，数据就能到达。如果没查到，路由器会给一个默认的方向（下一跳地址），沿着默认方向走（往往是走到上一级路由器）。