【TCP/IP协议 卷一：协议】第三章 IP：网际协议

3.1 引言

unreliable不可靠的意思是它并不能保证IP数据报能成功的到达目的地。IP只提供尽力而为的传输服务。

conectionless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。整个数据报的处理是相互独立的。即每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的路线。

3.2 IP首部

• 4个字节的32bit值以下面的次序传输：(1)0-7 bit (2)8-15 bit (3)16-23 bit (4)24-31 bit，这种传输次序称为big endian字节序，因此他又称为网络字节序。

• 目前的协议版本号是4，因此IP有时也称作IPv4。

• 服务类型TOS字段：3 bit优先权子字段(已被忽略)，4 bit的TOS子字段，1 bit未用位但必须置为0。如果所有的4 bit(TOS字段)都置0，则意味着是一般服务。
• Telnet 和 Rlogin 这两个交互应用要求最小的传输时延，因此人们主要用来传输少量的交互数据。 FTP文件要求最大的吞吐量。SNMP(网络管理)和路由选择协议要求最高可靠性。NNTP(用户网络新闻)是唯一要求最小费用的应用。

• 总长度字段是指整个IP数据报的长度，以字节byte为单位，是IP首部中必要的部分。利用首部长度字段和总长度字段可以知道IP数据报中数据内容的起始位置和长度。

• 标示字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。

• TTL(time-to-live)生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数，它指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置(一般为32 或者 64)，一旦经过一个处理它的路由器，值-1,。当字段值为0时，数据报就被丢弃。TTL体现了IP协议的unreliable。

• 协议字段，被用于对数据报进行分用。可以识别出是哪个协议向IP传送数据。

• 首部检验和字段是根据IP首部计算的检验和码。具体检验方法参见教材P26-27。

• 每一份IP数据报都包含源IP地址和目的IP地址，它们都是32 bit的值。

3.3 IP路由选择

特殊情况：(1)目的主机与源主机直接相连(PointToPoint链路) (2)都在同一个共享网络上(以太网或令牌环网) IP直接到达目的主机。

教材P4 介绍了主机和路由器的区别，多接口主机一般不称作路由器，但是也可以具有路由器的功能：单纯的转发数据报。

IP可以从(1)TCP，UDP，ICMP，IGMP接收数据报(即在本地生成的数据报) (2)从一个网络接口接收数据报(待转发的数据报) 进行发送。

IP路由选择是逐跳逐跳(hop-by-hop)的进行，IP内存中有一个路由表，当接收到一份数据报之后，对该表进行搜索：

• (1)搜索路由表，寻找能与目的IP地址完全匹配的表目(网络号和主机号均匹配)，找到后由标志字段的值决定发往下一跳路由器或者网络接口。
• (2)步骤1 missed，搜索路由表，寻找能与目的网络号所匹配的表目，找到后由标志字段的值决定发往下一跳路由器或者网络接口。
• (3)步骤1 2 missed，搜索路由表，寻找标为“默认”的表目，找到后发往表目指定的下一跳路由器。
• (4)以上均失败，向生成数据报的application发送一个“不可达”的错误。

当接收一份来自某个网络接口的数据报时(待转发的数据报)，IP先检查是否是本机的IP地址之一或者IP广播地址，是的话数据报被送到IP首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果不是，if(1)IP层被设置为路由器的功能，进行转发数据报的工作 else(2)数据报被丢弃。

3.4 子网寻址

• 现在所有的主机都支持子网编址，把原来地址的主机号分为一个子网号和一个主机号。
• 从InterNIC获得某类IP网络号以后，就由当地的管理员进行分配，一般采用自然的划分方式，对于B类地址来说，把留给主机号的16 bit中的8 bit分配给子网地址，剩下的8 bit作为主机号。
• 子网对于外部路由器来说隐藏了内部网络结构的细节。但是子网对于子网内部的路由器是不透明的。
• 与30个C类地址相比，用1个包含30个子网的B类地址的好处是：缩小了Internet路由表的规模。即子网划分缩短了路由表的规模。

3.5 子网掩码

• 主机在引导过程中通过子网掩码确定有多少比特分配给子网号，有多少比特用于主机号。
• 子网掩码经常用十六进制表示，特别是当界限不是一个字节(8 bit)时，因为子网掩码是一个比特掩码。
  
  给定IP地址和子网掩码之后，主机能够确定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)其他网络中的主机。
• 知道IP地址之后，可以根据它的高位得知它是A类或者B类或者C类地址。也就是子网号和网络号的分界线。
• 知道子网掩码之后，可以知道子网号和主机号之间的分界线。
• 子网掩码是一个32 bit的值，其中值为1的bit留给网络号和子网号，值为0的bit留给主机号。

做个这样的比方：

有很多人住在很多不同的小区里面，小区类比于子网，人类比于主机，比如说我们要找到幸福小区的陈某某同学，那么我们找的顺序是：先找到幸福小区，再找到陈某某同学。

小区有大有小，那么这通过小区的户口来决定，小区的户口类比于子网掩码。

举典型的例子：
IP 中前 24 位代表子网号，后 8 位代表主机号。
所以子网掩码就是 24 个 1（代表前 24 位是子网部分），加 8 个 0（后 8 位是主机部分）。
如果沿用 IP 的标识方式，就是 255.255.255.0 。
每一个 255 对应 8 个二进制 1，最后一个 0 对应 8 个二进制 0。
该子网可以容纳最多 256 台主机，也就是主机号从 0 到 255。

2016/7/24